ПОНЯТИЕ О СИЛЕ

Элементы, определяющие силу. Рычаг реверса резьбошлифовального станка (рис. 26) предназначен периоди­чески изменять направление движения стола станка. Управлять рычагом реверса можно вручную, нажимая на головку / рыча­га 2, или автоматически, соответственно установив упоры 4. При нажатии на головку рычага, последний выводится из состояния покоя и приходит в движение. Такое воздействие одного тела на другое, в результате которого изменяется их состояние, назы­вается силой.

Рис. 28. Рычаг реверса резьбошлифовального станка

Сила воздействия одного тела на другое всегда характери­зуется направлением. В данном случае сила руки направлена го­ризонтально.

При освобождении хомутика, удерживаемого в руке, он на­чинает двигаться вниз, так как сила земного притяжения (сила тяжести) направлена вертикально.

Перемещение рычага рукой можно осуществлять быстрее или медленнее, это зависит от того, с какой силой на него действует рука. Величина силы — это второй элемент, определяющий ее.

Если передвинуть рычаг 2, нажимая не на головку 1, а на вы­ступ 3 рычага, то для этого потребуется приложить значительно большую силу. Таким образом, помимо направления и величины, действие силы еще определяется точкой ее приложения.

Сложение сил. Все три элемента, определяющие силу, очень наглядно воспринимаются при графическом изображении, когда сила представляется в виде отрезка прямой, называемого вектором. Длина вектора в определенном масштабе изображает величину силы. Начало вектора соответствует точке приложе­
ния силы, а стрелка на конце вектора указывает направление силы.

На рис. 29 вектор АВ изображает силу, приложенную в точке А и направленную под углом 30° к горизонтальной плоскости. При длине вектора >1.6 = 50 мм и масштабе 5 мм = ] кГ. изобра­жаемая сила Р—10 кГ.

Две силы, направленные по одной прямой, можно заменить одной силой, равной их алгебраической сумме, при сохранении направления большей из слагаемых сил. Отсюда следует, что если две силы равны по величине и направлены по одной прямой в разные стороны, то они взаимно уравновешиваются.

Рис. 29. Графическое изо-

Чтобы сложить две силы, приложенные в одной точке и на­правленные под углом друг к другу, достаточно построить па­раллелограмм (рис. 30), стороны которого в масштабе равня­лись бы данным силам и были одинаково с ними направлены. Диагональ полученного параллелограмма будет равнодействую­щей этих двух сил.

При шлифовании сравнительно длинного валика небольшого диаметра наблюдается прогиб его под действием соприкасаю­щегося с ним шлифовального круга. Этот прогиб вызывается действием двух сил (рис. 31), из которых первая Pz направлена вертикально вниз, а вторая Р„, горизонтальная, направлена пер­пендикулярно к оси шлифуемого валика. Обе эти силы имеют определенную величину, которая может быть подсчитана для каждого конкретного случая.

Величина и направление прогиба валика зависят от величины и направления равнодействующей Р сил Pz и Ри. Определить ее, как указывалось выше, можно, построив параллелограмм сил.

Устойчивость равновесия. На каждую частицу тела действует сила земного притяжения. Все эти силы практически параллельны, а их равнодействующая представляет собой вес рассматриваемого тела. Точка приложения этой равнодействую­щей (силы тяжести) называется центром тяжести тела.

На рис. 32 показаны три шлифовальных круга, поставленных наружной цилиндрической поверхностью на горизонтальную

плоскость. У первого круга (рис. 32, а) масса распределена рав­номерно и его центр тяжести совпадает с геометрическим цент­ром и относительно плоскости не меняет свое положение. Та­кое равновесие называется безразличным. У второго круга

Рис. 31. Графическое определение равнодействующей силы

(рис. 32,6) центр тяжести расположен на вертикальной прямой выше геометрического центра и круг находится в равновесии, которое неустойчиво; стоит слегка толкнуть круг и он покатится по плоскости. У третьего круга (рис. 32, в) центр тяжести распо-

ложен на вертикали ниже геометрического центра, и если круг слегка толкнуть, то он тут же возвратится в прежнее положение. Таким образом, положение центра тяжести тела влияет на ха­рактер его устойчивости. Если центр тяжести тела, расположен­ного на плоскости и находящегося в равновесии, занимает не са­мое низкое положение, то такое равновесие неустойчиво и, на­оборот, тело будет находиться в устойчивом равновесии, если центр тяжести занимает самое низкое положение. Что касается первого круга, то его центр тяжести при перекатывании круга по плоскости не меняет свое положение на вертикальной прямой.

Момент силы. Завертывая гайку гаечным ключом, мож­но заметить, что чем длиннее рукоятка используемого ключа, тем с меньшей затратой силы можно выполнить операцию. Это зна­чит, что вращающее действие силы относительно оси зависит не только от величины и направления силы, но и от расстояния точ­ки приложения силы до оси вращения.

Мерой вращающего действия силы в механике служит вели­чина, называемая моментом силы.

N

Момент силы Р относительно точки О (рис. 33) равен:

М = Р-р,

где р — длина перпендикуляра, опущенного из точки О на на­правление действия силы Р.

Точка О, относительно которой берется момент силы, назы­вается центром момента, а расстояние центра момента от линии действия силы — плечом силы. Таким образом, моментом силы относительно точки называется произведение силы на ее плечо.

Центробежная и центростремительная силы. Шарику М (рис. 34), соединенному с точкой О проволокой МО, сообщено вращательное движение вокруг оси, проходящей через второй конец проволоки — точку О. Если вначале проволока вследствие своей нежесткости имела произвольную форму, то при вращении шарика она натягивается. Чем больше скорость вращения шарика и чем больше его масса, тем с большей силой натягивается проволока. Сила, вызывающая натяжение прово­локи, возникает в результате вращения шарика и называется центробежной силой.

Величина центробежной силы определяется по формуле

где т — масса вращающегося шарика; v — линейная скорость шарика;

R — расстояние центра тяжести шарика от оси вращения.

Вращающийся с большой скоростью шлифовальный круг яв­ляется примером приложения центробежной силы, создающей весьма значительные внутренние напряжения.

С такой же силой, с какой шарик действует на проволоку, по­следняя действует на шарик, притягивая его к центру. Сила, с ко­торой вращающийся шарик притягивается к центру, называется центростремительной силой. Центростремительная сила по вели­чине равна центробежной силе, но обратно направлена.